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LOS GASES
Se denomina gas al estado de agregación
de la materia en el cual, bajo ciertas
condiciones de temperatura y presión, sus
moléculas interaccionan solo débilmente
entre sí, sin formar enlaces moleculares,
adoptando la forma y el volumen del
recipiente que las contiene y tendiendo a
separarse, esto es, expandirse, todo lo
posible por su alta energía cinética. Los
gases son fluidos altamente compresibles,
que experimentan grandes cambios de
densidad con la presión y la temperatura.
TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES.
La teoría cinética de los gases explica las características y propiedades de la materia en general, y
establece que el calor y el movimiento están relacionados, que las partículas de toda materia están
en movimiento hasta cierto punto y que el calor es una señal de este movimiento.
Hay que tener en cuenta que:
1. No existen fuerzas de atracción entre la moléculas de un gas.
2. Las moléculas de los gases se mueven constantemente en línea recta por lo que poseen
energía cinética.
3. En el movimiento, las moléculas de los gases chocan elásticamente unas con otras y con las
paredes del recipiente que las contiene en una forma perfectamente aleatoria.
4. La frecuencia de las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen los
gases.
5. La energía de tales partículas puede ser convertida en calor o en otra forma de energía. pero la
energía cinética total de las moléculas permanecerá constante si el volumen y la temperatura
del gas no varían; por ello, la presión de un gas es constante si la temperatura y el volumen no
cambian.
LEY DE BOYLE
La ley de Boyle establece que la
presión de un gas en un
recipiente cerrado es
inversamente proporcional al
volumen del recipiente, cuando
la temperatura es constante.
•Si la presión aumenta, el
volumen disminuye.
•Si la presión disminuye, el
volumen aumenta.
LEY DE GAY - LUSSAC
Si la cantidad de gas y la presión
permanecen constantes, el volumen
aumenta al aumentar la
temperatura. Un aumento de
temperatura implica un aumento de
la energía cinética media de las
partículas, por tanto, un aumento de
su velocidad y de la frecuencia e
intensidad de los choques de éstas
con las paredes. Entonces
planteamos que el volumen del gas,
V, debe ser proporcional a su
temperatura.
LEY DE LOS GASES IDEALES:
Las leyes parciales analizadas pueden combinarse y
obtener una ley o ecuación que relacione todas las
variables al mismo tiempo.
Supongamos que tenemos una cierta cantidad fija de un
gas (n1), que está a una presión (P1), ocupando un
volumen (V1) a una temperatura (T1).Estas variables se
relacionan entre sí cumpliendo con la siguiente
ecuación:
Donde R= 0,082 atm*L/|K*mol (constante universal de
los gases.
Si tenemos una cantidad fija de gas y sobre la misma
variamos las condiciones de presión (P), volumen (V) o
temperatura (T) el resultado de aplicar esta fórmula con
diferentes valores, será una constante.
LEYES DE LA TERMODINÁMICA.
1ª. LEY DE LA TERMODINÁMICA
El calor neto añadido a un
sistema es igual a la
variación de su energía
interna más el trabajo
realizado por el sistema.
PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA:
TRABAJO EN LOS GASES
W=F*CX
Como P=F/A; luego F=P*A
Reemplazando W=P*A*CX
Volumen V=A*CX
Finalmente W=P*CV
El trabajo es la cantidad de energía
transferida de un sistema a otro
mediante una fuerza cuando se produce
un desplazamiento. Para un sistema
termodinámico concreto: un gas
encerrado en un recipiente por un
pistón, que puede moverse sin
rozamiento.
Por efecto de la presión (p) ejercida por
el gas, el pistón sufre una fuerza F que lo
desplaza desde una posición inicial (A) a
una posición final (B), mientras recorre
una distancia dx.
PROCESOS TERMODINÁMICOS:
1. PROCESO ADIABÁTICO.
Durante un proceso adiabático, la
transferencia de calor hacia el
sistema o proveniente de él es cero.
El cambio de presión con respecto
al volumen obedece la 1ª.ley de la
termodinámica
CQ =CU + CW
Es cuando un sistema no gana ni
pierde calor, es decir, Q = 0.
Entonces: CU = - CW
2. PROCESO ISOTÉRMICO
Es un proceso en el cual la
temperatura permanece
constante durante la operación. La
energía interna de un gas es
función de la temperatura
exclusivamente, por lo que CU =0
Entonces: CQ = CW
3. PROCESO ISOMÉTRICO.
Un proceso isométrico (isocórico)
ocurre a volumen constante, es
decir que se puede suministrar
calor con un sistema sin que haya
variación en el volumen, en
consecuencia es igual a cero (0) al
aplicar la primera ley de la
termodinámica tenemos:
W= 0
CQ = CU
4. PROCESO ISOBÁRICO:
Un proceso isobárico es un
proceso termodinámico que
ocurre a presión constante.
La Primera Ley de la
Termodinámica, para este
caso, queda expresada como
sigue:
CQ =CU + CW
2ª. LEY DE LA TERMODINÁMICA.
Esta ley marca la dirección en la que
deben llevarse a cabo los procesos
termodinámicos y, por lo tanto, la
imposibilidad de que ocurran en el
sentido contrario.
Debido a esta ley también se tiene que
el flujo espontáneo de calor siempre es
unidireccional, desde los cuerpos de
mayor temperatura hacia los de menor
temperatura, hasta lograr un equilibrio
térmico.
MAQUINAS TÉRMICAS.
Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es
convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de
trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de
transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la
máquina pueda funcionar de forma continua. A través de
dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (de un foco
térmico) que transforma en trabajo:
W = Q 1 – Q2
El rendimiento de una máquina térmica es el cociente entre la
energía producida y la energía consumida multiplicada por
cien:
Rendimiento= (Energía producida/Energía consumida) *100
Rendimiento = (W/Q1)*100
Rendimiento = (Q1 – Q2/Q 1) *100
EJEMPLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS.
Máquina de vapor:
Fue la máquina térmica más utilizada hasta el siglo XX.
La energía obtenida al quemar el combustible (gas, petróleo,
carbón...) se emplea en calentar agua hasta convertirla en vapor.
Este vapor desplazaba el émbolo, realizando así un trabajo.
Se utilizaban mucho en las locomotoras de vapor para el ferrocarril,
pero en la actualidad ya no se usan tanto.
Motores de explosión:
Se utilizan en los automóviles. Aprovechan la energía generada en la
combustión de una mezcla de aire con gasolina para mover un
pistón.
El trabajo mecánico del movimiento del pistón de aprovecha para el
desplazamiento del vehículo.
EJEMPLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS.
Motor de reacción:
También llamado turbina de gas. Es una máquina térmica de
mayor potencia que el motor de explosión.
Los gases generados continuamente al quemar un
combustible son expulsados hacia atrás por una tobera
impulsando el vehículo hacia delante.
Se utilizan en aviación, para conseguir una mayor velocidad.
Turbinas de vapor:
Las turbinas de vapor expulsan un chorro de vapor,
calentando con la energía generada en la quema de un
combustible, incide sobre las paletas de la rueda giratoria
de la turbina realizando un trabajo mecánico de rotación.
Se utiliza en las centrales termoeléctricas para mover los
generadores eléctricos y en los barcos para accionar las
hélices.
LA ENTROPÍA:
La segunda ley de la termodinámica fue enunciada por S. Carnot en 1824. Se
puede enunciar de muchas formas, pero una sencilla y precisa es la siguiente:
“La evolución espontánea de un sistema aislado se traduce siempre en un
aumento de su entropía.”
Para comprender conceptualmente lo dicho, analicemos el ejemplo de un reloj de
arena, que es un sistema cerrado en el que no entra ni sale arena.
La cantidad de arena en el reloj es constante; la arena ni se crea ni se destruye en
ese reloj. Esta es la analogía de la primera ley de la termodinámica: no hay
creación ni destrucción de la materia-energía.
Aunque la cantidad de arena en el reloj es constante, su distribución cualitativa
está constantemente cambiando: la cavidad inferior se va llenando, mientras la
cavidad superior se vacía. Esta es la analogía de la segunda ley de la
termodinámica, en la que la entropía (que es la arena de la cavidad inferior)
aumenta constantemente.
http://www.youtube.com/watch?v=LfCK6kk5z2k